[發明專利]將木質纖維素材料轉化為有用的化學品的方法

有效

• 申請號: 201080033232.7
• 申請日: 2010-06-29
• 公開（公告）號: CN102471694A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: G·R·考特;C·H·勞倫斯;W·D·拉沃提;A·J·鄧肯
• 申請（專利權）人: 西爾卡集團私人有限公司
• 主分類號: C10G1/02
• 分類號: C10G1/02;C10G11/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 任永利

發明領域

本發明涉及熱化學處理木質纖維素材料以使其轉化為揮發性有機化合物、水和木炭的混合物的方法。

發明背景

在本說明書中，在提及或論述文獻、法案或知識條款的情況下，該提及或論述并非許可文獻、法案或知識條款或其任何組合為在優先日期的：

(i)一部分普通常識；或

(ii)已知與解決本說明書所考慮的任何問題的努力有關。

包括聚合物、醫藥、除草劑、殺蟲劑、染料、顏料和液體運輸燃料的大多數合成有機化學品都來源于來自化石來源的原油。原油的儲量有限且大多數位于世界上政治不安定的區域。此外，已經顯示石油加工燃料在內燃發動機中燃燒是進入大氣的人為氣態排放物(所謂的“溫室氣體”)的主要貢獻者，已經證實這是全球性氣候改變的主因。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)已經推薦所有國家努力盡可能地減少溫室氣體的排放。

減少溫室氣體排放的推薦方法之一是用來源于諸如種植園林業、農業和水產業的可再生資源的有機化合物完全或部分替代諸如運輸燃料的石油加工有機化合物。該替代將具有降低有限的剩余化石石油儲量的使用率的另外優勢且使其利用限于不能由可再生資源成本有效地進行的合成有機化學品的生產。除了每年有限供應的植物油和脂肪以外，可以成本有效的方式收獲的大量可再生有機材料通常為非揮發性固體。絕大多數現有內燃發動機需要其燃料在環境壓力和溫度下為揮發性有機液體或在適度增加的壓力下冷凝成液體的氣體，諸如丙烷和丁烷。

全世界正積極開發使用熱化學處理、生物化學處理和/或生物處理使可再生的固態有機材料轉化為有機液體、特別是揮發性能量密集型有機液體的許多方法。現有方法通常具有顯著的缺點，特別是關于與現有內燃發動機相容的有用液體燃料的生產的缺點。這些缺點包括使用昂貴的酶、需要在高壓下處理、需要使用具有與在大收集區域上運輸大量可再生有機材料相關的相關高成本的大型處理設施、低凈能值產出、化學復雜性和液體產物的不穩定性及另外需要常常稀缺的淡水資源。

因此，需要開發能夠在不使用高壓處理且不需要大量淡水的情況下使更充足、可容易收集的可再生有機材料(即，所謂的“木質纖維素材料”)選擇性地轉化為有機液體的方法。這類有機液體可以直接用作燃料或可以使用現有技術經受進一步處理成可再生的液體燃料、聚合物和其他有機化學品。

在本說明書中使用的術語“木質纖維素材料”和術語“木質纖維素材料”的各形式是指任何植物性物質、木材或木制品、紙張、紙板或紙板、紗線、紡織物或具有大于30％的組合纖維素和半纖維素含量的紡織產品，它們可以充當本文所述的本發明用的原料，且包括但不限于纖維素纖維或纖維素粉、木屑、鋸末、細枝、樹皮、樹葉、籽皮和其他森林地被層、谷物和草秸稈及干草、油籽稈、甘蔗渣、香蕉假莖廢物、油椰子廢物、一般花園廢物、來源于水產業的藻類“餅”及其他植物性物質。

發明說明

本發明一方面提供將微粒木質纖維素材料轉化以產生揮發性有機化合物和木炭的方法，其包含：

形成所述微粒木質纖維素材料與含有極性有機液體和酸的催化劑組合物的混合物，

在攪拌所述混合物的同時，將所述混合物加熱到足夠高的溫度且歷時足夠長的時間以便將所述混合物的所有剩余固相的主要部分轉化為木炭，和

將所述揮發性有機化合物和催化劑組合物作為氣相與所述固相分離。

合適地，所述混合物在低于常壓下反應。所述壓力可小于900毫巴。其可在0.1-900毫巴范圍內。該壓力可合適地在50-150毫巴范圍內。

在將固相轉化為木炭期間，可將混合物的溫度升高到足以蒸發催化劑組合物的水平。

合適地，將混合物加熱到在190℃-500℃范圍內的溫度。該溫度可在加熱混合物期間改變。

當混合物在諸如旋轉螺桿反應器的不斷進料的反應器中反應時，可沿反應器的長度控制溫度以使得溫度從緊靠反應器入口的較低溫度升高到緊靠出口的較高溫度。

合適地，所述酸占所述催化劑組合物的0.1-10重量％。

在所述混合物中所述催化劑組合物的重量可構成所述混合物中微粒木質纖維素材料重量的1-10倍。

在反應之前，混合物中的木質纖維素材料可通過機械碎木機、機械或熱機機械制漿機、單或雙螺桿擠壓機、輥磨機、碾磨機、碎磨機和錘磨機中的任一種或多種進行剪切和壓縮。